水素脆性 — めっき後の遅れ破壊
強度区分 10.9・12.9 のボルトが亜鉛めっき後、数時間から数日で折損する理由。ISO 15330-1 の予荷重試験による確認方法と、約 390 HV 以上・めっき後 4 時間以内という ISO 4042 のベーキング要件。
| 不具合区分 | 電気亜鉛めっき |
|---|---|
| 関連サービス | 亜鉛めっき Cr3+ |
| 確認日 |
現象
めっき後、数時間から数日で頭部が飛ぶ、あるいは軸方向に割れる。締付けから 2〜48 時間が多く、棚に置いたまま数週間後に発生することもある。破面は絞りのない脆性破面で、起点は頭部首下Ｒ、最初の噛み合いねじ、またはねじ谷底が典型。めっき前の硬さも引張も合格しており、継手側に過大荷重の痕跡もなく、破損はロット内でも硬さの高い部品に集中する。
確認方法
合否判定として認められているのは ISO 15330-1 の予荷重（持続荷重）試験です。くさびまたは治具に規定の最小引張荷重比で組み付け、48 時間以上保持して割れなければ合格とします。すでに折損した部品は破面を読みます。水素起因の割れは起点近傍が粒界破面で、最終破断部で延性破面に変わるため、焼割れ（めっき前から存在）や疲労（ビーチマーク）と区別できます。次に ISO 6507-1 / ISO 6508-1 で硬さを再確認して ISO 898-1 の強度区分と照合し、ベーキング記録 — 温度、保持時間、そして最も重要な「めっき終了から炉入れまでの経過時間」 — を確認します。
関連する計算ツール: 水素脆性除去ベーキング計画ツール原因 — 頻度の高い順
- 1強度区分 10.9 以上、約 390 HV 以上の部品にベーキングを一切行っていない。ISO 4042 はこの領域で除去処理を求めており、320〜390 HV の帯はリスク評価の対象で「安全」と決めつけてはいけません。
- 2ベーキング開始が遅い — できるだけ早く、通常はめっき後 4 時間以内に開始すべきで、すでにトラップに入り微小空隙を開いた水素は除去がはるかに困難になります。
- 3強度と断面に対してベーキングが短い・低い — 190〜220 °C で 4 時間では厚肉部品や約 1400 MPa 超の部品には不足し、より長い保持が必要です。
- 4めっき前の水素侵入量が多い — 塩酸・硫酸による過度な酸洗、長時間の浸漬、あるいは焼入れ済み部品への陰極電解洗浄。
- 5図面を超える硬さ — 焼戻しが低い、または区分上限に寄ったロットは感受性が明確に高くなります。引張が約 1000〜1200 MPa を超えると感受性は急上昇します。
- 6応力集中と残留応力 — 首下Ｒなし、熱処理後に転造していないねじ、深い工具痕、高い残留引張応力が、最も危険な位置に水素を集めます。
再発を防ぐ工程管理
- ベーキングの要否は習慣ではなく強度で決める：区分 10.9 以上、約 390 HV、または引張約 1000〜1200 MPa が ISO 4042 の判断領域です（図面に別段の定めがある場合を除く）。
- めっき後 4 時間以内にベーキングを開始し、「めっき終了時刻」と「炉入れ時刻」をロット記録に残す — 管理項目はレシピではなく時計です。
- 一般に 190〜230 °C で 4〜24 時間保持。強度が高いほど、断面が厚いほど長く保持し、保持時間は炉の電源投入時ではなく品物が温度に達した時点から数えます。
- 水素の入口を絞る：長時間の酸浸漬ではなく機械的除錆または抑制剤入りの短時間酸洗を用い、焼入れ済み部品には陰極電解洗浄を行わない。
- 高強度側は設計で回避する — 区分 12.9、ばね、表面硬化タッピンねじ、約 1400 MPa 超の部品は、ISO 10683 のジンクフレーク系なら電解工程がなく水素を入れません。
- 妥当性確認の後も監視を続ける：工程・硬さ帯・供給者が変わったら ISO 15330-1 の予荷重試験を行い、硬さを ISO 898-1 の範囲内に保ってロットが脆性側へ流れないようにします。
診断のためにお送りいただくもの
- 折損した部品を破断したままの状態で — 破面を洗浄・研磨・再めっき・ワイヤブラシ処理しないでください。各片を個別に包んでください。
- 図面または仕様：強度区分、硬さ範囲、皮膜指定、顧客規格、および材質と熱処理ルート。
- 工程履歴 — 酸洗の種類と時間、めっき時間、めっき終了時刻、ベーキング開始時刻、炉温、保持時間。めっきとベーキングの間隔が答えであることがほとんどです。
- 同一ロットの未折損めっき品と未めっき品を数個 — 硬さと皮膜厚さを破損品と比較するためです。
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技術者からよくある質問
ベーキングで水素はすべて抜けますか。+
抜けません。除去ベーキングが排出するのは拡散性水素で、すでに始まった割れを元に戻すことも、不可逆トラップを空にすることもできません。だからこそ「ベーキングまでの待ち時間」が工程管理項目として扱われ、超高強度部品はベーキングを強化するのではなく無電解系皮膜へ移行するのが一般的です。
区分 8.8 でもベーキングは必要ですか。+
通常は不要です。リスクは引張約 1000 MPa、320〜390 HV を超えると急に上がるため、標準的な 8.8 は要求範囲外です。ただし見落としが多い例外が二つあります。表面硬化されたタッピン・ドリルねじ（表面硬さが芯部区分よりはるかに高い）と、硬さが上振れした 8.8 ロットです。ラベルではなく硬さを見てください。
ベーキングしたのに割れました。次はどうすべきですか。+
まず 4 時間を確認してください — 一直交代分遅れて始まったベーキングは、ほぼ未実施と同じ挙動になります。次に保持を確認します。炉の設定値ではなく実際の品物が温度に達してからの時間で見て、硬さを再測定します。引張が約 1400 MPa を超える、またはばねや 12.9 のソケットねじであれば、正直な答えは電気めっきをやめて ISO 10683 のジンクフレークを指定することです。
公開規格と一般的な締結部品冶金学に基づく解説です。記載値は代表的な範囲であり、部品・材質・適用仕様によって変わります。お客様の図面と適用規格が常に優先します。本ページは実部品の破損解析に代わるものではありません。